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开课时间:2009-11-16
结束时间:2009-12-12
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在实际中,常常见到由多种气体构成的混合物,通常把气体中的每一种气体称为组分气体。如果组分气体之间不发生化学分压及其它作用,则组分气体各自充满整个容器,并对器壁施加压力。 1801年道尔顿(Dalton)指出:混合气体的总压力pt等于各组分气体的分压力pi之和。组分气体i的分压力是指在同一T下,它单独占有与混合气体相同体积V时所产生的压力pi。这就是Dalton分压定律。 设体积为V的容器中,有a、b、c三种气体,如果它们都是理想气体,各物质的量ni分别为:na、nb、nc,根据Dalton分压定律,各组分气体的分压pi分别为pa、pb、pc: pa=naRT/V pb=nbRT/V pc=ncRT/V 混合气体的总压pt应为: pt=Spi=pa+pb+pc =naRT/V+nbRT/V+ncRT/V =(na+nb+nc)RT/V =ntRT/V 令na+nb+nc=Sni=nt,则有: pt=ntRT/V 上述式子表明:混合的理想气体与单一的理想气体的状态方程式有相同的形式。 若将以某组分气体的分压pi表达式比上混合气体的总压pt表达式,整理后可得: pa=ptna/nt=ptxa pb=ptnb/nt=ptxb pc=ptnc/nt=ptxc 其中:xa=na/nt、xb=nb/nt、xc=nc/nt、xi=ni/nt分别叫做组分气体a、b、c的摩尔分数,也叫做物质的量分数(无量纲的量),是浓度的一种表示方法。上述式子表明:组分气体i的分压pi等于混合气体的总压pt与组分气体i的摩尔分数xi之积。 相同温度T下,若组分气体i具有和混合气体相同的压力pt,此时组分气体i单独占有的体积为Vi,则: Vi=niRT/pt Vi称为组分气体i的分体积。由于混合气体总体积为: Vt=ntRT/pt 前式除以后式,得: Vi/Vt=xi 式中Vi/Vt叫做组分气体i的体积分数。因此,可以得到: pi=ptVi/Vt 该式子表示:组分气体i的分压pi等于混合气体总压pt与组分气体i的体积分数之积。 在实际工作中,常采用气体分析法,在101.325 kPa下,测量混合气体的总体积Vt和各组分气体的分体积Vi,再根据上式计算各组分气体i的分压pi。 三、真实气体状态方程式 实验表明将理想气体状态方程式应用于真实气体会出现偏差。在高压下,真实气体的可压缩性比理想气体要小,而在低压下,反而比理想气体容易压缩,这种偏离理想气体的性质,表明真实气体的分子占有体积,分子之间存在着吸引力。 1873年荷兰科学家范德华(Van der Walls),考虑到真实气体的分子占有体积,分子之间存在着吸引力,将理想气体状态方程式中的压力p和体积V两项作了修正,使之能够适用于大多数真实气体,这就是Van der Walls方程式: (p+an2/V2)(V-nb)=nRT 当真实气体物质的量nB=1.0 mol时,则有: (p+a/Vm2)(Vm-b)=RT 式中Vm为真实气体的摩尔体积,单位为m3 mol-1,a、b是由气体种类决定的Van der Walls常数,a与分子之间的引力有关,b与分子的体积有关。一些真实气体的a、b值在化学数据手册中能查找到。 真实气体处于很大的压力时,运用Van der Walls方程式也会出现较大的偏差。人们根据实际需要,还建立了一些更准确也更复杂的真实气体状态方程式。
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